SwRI projeta injetores de hidrogênio mais seguros e eficazes para turbinas a gás

Jun 11, 2023

O Southwest Research Institute (SwRI) está projetando sistemas inovadores de combustão de hidrogênio para turbinas a gás usadas na geração de energia. Os projetos evitam o retorno de chama, uma preocupação comum em sistemas de combustão movidos a hidrogênio, em que a chama do combustor viaja para o bocal, o que pode resultar em danos ao equipamento.

O combustível de hidrogênio tem inúmeros benefícios, incluindo o fato de não produzir emissões de carbono durante o processo de combustão. No entanto, uma das coisas que é especialmente desafiadora é que ele é altamente reativo, o que o torna mais difícil de trabalhar do que o gás natural ou os combustíveis líquidos com os quais as turbinas a gás normalmente funcionam.

O Southwest Research Institute está explorando a utilização de combustível hidrogênio para turbinas a gás utilizadas na geração de energia. Os designs incluem um bico que mistura ar (azul escuro na imagem) e combustível (amarelo na imagem) rapidamente. Os projetos podem evitar o flashback, uma preocupação comum na geração de energia movida a hidrogênio, em que a chama do combustor viaja para o bocal, o que pode ser perigoso e danificar o equipamento.

Com combustível de hidrogênio puro, os projetos tradicionais de baixas emissões são altamente suscetíveis a um fenômeno prejudicial conhecido como flashback. Isso ocorre quando a chama do combustor retorna para o bocal, o que pode danificar o equipamento.

Para remediar esta situação, o SwRI está a explorar novas formas de misturar ar e hidrogénio dentro do bocal, evitando ao mesmo tempo o flashback. Os projetos, que também visam emissões muito baixas de óxido de nitrogênio (NOx), foram gerados como parte de um projeto de apoio ao desenvolvimento de um sistema de combustão 100% movido a hidrogênio para uma turbina a gás industrial.

Uma das razões pelas quais o hidrogénio é um combustível alternativo tão atraente é que não cria emissões de dióxido de carbono, mas cria NOx. Contudo, se o ar e o hidrogénio forem misturados de forma eficiente no bocal, as emissões de NOx são significativamente mais baixas.

Os bicos funcionam misturando ar com combustível de hidrogênio através de pequenos caminhos perpendiculares. Este projeto permite que o ar e o hidrogênio se misturem rapidamente antes de serem forçados para fora do bocal e para dentro do combustor a taxas de fluxo que evitam o retorno de chama.

Quando a quantidade certa de ar e hidrogénio é muito bem misturada, a quantidade de emissões de NOx é muito baixa. Além disso, o ar e o hidrogênio são forçados a sair do bocal tão rapidamente que a chama no combustor não consegue retroceder.

O projeto e a análise dos bicos foram realizados utilizando a ampla experiência da equipe das Divisões de Engenharia Mecânica e Engenharia de Trem de Força do SwRI. Os membros da equipe interdisciplinar confiaram na dinâmica de fluidos computacional, bem como em ferramentas de aprendizado de máquina para gerar, analisar e otimizar os projetos dos bicos.

Para resolver este problema, utilizamos as ferramentas computacionais e analíticas do Instituto para projetar e modelar esta tecnologia. As simulações reais que temos feito são extremamente intensivas em termos computacionais, exigindo seções inteiras do nosso cluster de computação de alto desempenho durante dias para resolver esses problemas de computação. Isso permitiu que nossos engenheiros pegassem algumas ideias exclusivas e as aplicassem a esse desafio.

Postado em 05 de maio de 2023 em Motores, Hidrogênio, Contexto do Mercado | Link permanente | Comentários (0)